Katalizör, kimyasal bir reaksiyonun aktivasyon enerjisini düşürerek tepkime hızını artıran ve tepkime sonrasında da kimyasal yapısında bir değişiklik meydana gelmeyen maddelere verilen isimdir. Katalizörün tepkime üzerinde meydana getirdiği bu değişikliğe de kataliz adı verilir.
Katalizör bir kimyasal reaksiyonun hem reaktantı hem de ürünüdür! Bir reaksiyonu katalize etmek için çok az miktarda katalizör gereklidir. Kullanılan katalizör geri kazanıldığı için de aslında kazançlı bir süreçtir.
Bir tepkimenin hızını artırmak özellikte ticari sektörde çok fark yaratmaktadır. Tepkimenin hızını artırmanın tek yolu elbette kataliz değildir. Kimyasal tepkimelerin hızını etkileyen faktörlerden daha önce bahsetmiştik.
Ortam sıcaklığını artırmak gibi çok daha basit bir proses de tepkime hızını artırabilir. Ancak yüksek sıcaklıkta tepkimeye giren reaktanlar bozulabildiği için istenmeyen etkiler doğurabilmektedir. Tam bu noktada katalizör, diğer bir çok faktörden sıyrılarak önemli bir noktaya gelmektedir. Sahip olduğu özellikleri ile kimya endüstrisinde hayati bir süreçtir. Ticari olarak üretilen kimyasalların %90’ının katalitik işlemle sentezlendiği tahmin edilmektedir.
Kataliz Sistemi Nasıl Çalışır?
Bir katalizör, kimyasal tepkimenin daha düşük enerji harcayarak aynı ürünleri üretmesi için farklı bir yol sunar. Reaktant molekülleri arasındaki çarpışmaların yeterli seviyede olabilmesi için gereken enerji, ortamda katalizör varlığında gereken enerjiden daha yüksek olacaktır.
Kataliz kimyasal dengeyi değiştirmez çünkü reaksiyonun hem ileri hem de geri hızını etkiler. Denge sabitini değiştirmez.Benzer şekilde, bir reaksiyonun teorik verimi etkilenmez.
Yukarıdaki görseli ele alalım. Buradaki amaç çocuğun basket atmasıdır. Sol taraftaki (a) durumunda bu biraz zordur. Ancak sağ taraftaki (b) durumda çocuk çok daha kolay bir şekilde basket atabilecektir. Katalizör ise burada potayı biraz daha aşağı indirerek çocuğun boyuna yaklaştıran etkendir.
Katalizör Çeşitleri
Katalizör olarak çok çeşitli kimyasallar kullanılabilir. Hidroliz ve dehidrasyon gibi su içeren kimyasal reaksiyonlar için proton asitler yaygın olarak kullanılır. Katalizör olarak kullanılan katılar arasında zeolitler, alümina, grafitik karbon ve nanopartiküller bulunur.
Geçiş metalleri (örn. nikel) çoğunlukla redoks reaksiyonlarını katalize etmek için kullanılır. Organik sentez reaksiyonları, soylu metaller veya platin, altın, paladyum, iridyum, rutenyum veya radyum gibi ‘geç geçiş metalleri’ kullanılarak katalize edilebilir.
İki ana katalizör kategorisi heterojen katalizörler ve homojen katalizörlerdir. Enzimler veya biyokatalizörler ayrı bir grup olarak veya iki ana gruptan birine ait olarak görülebilir.
Heterojen katalizörler, katalize edilen reaksiyondan farklı bir fazda mevcut olanlardır. Örneğin katı katalizörler, bir sıvı ve/veya gaz karışımındaki bir reaksiyonu katalize eder. Yüzey alanı bu tür katalizörlerin çalışması için kritiktir. Homojen katalizörler ise kimyasal reaksiyondaki reaktantlarla aynı fazda bulunur. Organometalik katalizörler bir tür homojen katalizördür.
Enzimler, protein bazlı katalizörlerdir. Bunlar bir tür biyokatalizördür. Çözünebilir enzimler homojen katalizörlerken, zara bağlı enzimler heterojen katalizörlerdir. Biyokataliz, akrilamid ve yüksek fruktozlu mısır şurubunun ticari sentezi için kullanılır.
Kaynak: [1]
